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DE10325691A1 - Reheat combustion system for a gas turbine - Google Patents

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DE10325691A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mixing tube
combustion chamber
acoustic
wall
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10325691A
Other languages
German (de)
Inventor
Valter Bellucci
Peter Dr. Flohr
Christian Oliver Dr. Paschereit
Bruno Schuermans
Daniele Tabacco
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of DE10325691A1 publication Critical patent/DE10325691A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details
    • F23D11/40—Mixing tubes; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Wiederaufheizverbrennungssystem für eine Gasturbine umfasst ein Mischungsrohr, das gespeist werden kann durch Produkte einer primären Verbrennungszone der Gasturbine und durch Treibstoff, der mittels einer Düse eingespritzt wird, eine Brennkammer, die durch das Mischungsrohr versorgt wird, und mindestens einen perforierten akustischen Schirm. Der eine oder jeder der akustischen Schirme im Inneren des Mischungsrohres oder der Brennkammer ist an einer Stelle angebracht, wo er einer perforierten Wand des Mischungsrohres oder der Brennkammer gegenüber, jedoch in einem Abstand von ihr, steht. Im Betrieb erfährt die perforierte Wand eines Prallkühlung, wenn sie durch die Perforationen des akustischen Schirms hindurch Luft in das Verbrennungssystem hinein strömen lässt, und der akustische Schirm dämpft die akustischen Pulsationen im Mischungsrohr sowie in der Brennkammer.A gas turbine reheat combustion system includes a mixing tube that can be fed by products of a primary combustion zone of the gas turbine and fuel injected through a nozzle, a combustor that is supplied by the mixing tube, and at least one perforated acoustic screen. One or each of the acoustic screens inside the mixing tube or combustor is located at a location where it faces, but is spaced from, a perforated wall of the mixing tube or combustor. In operation, the perforated wall is impact-cooled when it lets air flow into the combustion system through the perforations of the acoustic screen, and the acoustic screen dampens the acoustic pulsations in the mixing tube and in the combustion chamber.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Wiederaufheizverbrennungssystem für eine Gasturbine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges System, das eine akustische Dämpfung umfasst.This invention relates to a reheat combustion system for one Gas turbine. In particular, the invention relates to such a system, which is acoustic damping includes.

Bei modernen industriellen Gasturbinen, die mit Vormischverbrennungsflammen arbeiten, ist es wichtig, Druckpulsationen zu unterdrücken, um die Qualität des Verbrennungsprozesses zu bewahren und die Turbine strukturell unversehrt zu erhalten. Bisher wurden Techniken zur akustischen Dämpfung verwendet, um die Schallleistung zu dissipieren und somit die Druckpulsationen zu reduzieren.In modern industrial gas turbines, who work with premixed combustion flames, it is important to avoid pressure pulsations to suppress, about the quality preserve the combustion process and structure the turbine to get intact. So far, acoustic techniques have been used Damping used to dissipate the sound power and thus the pressure pulsations to reduce.

Für herkömmliche Gasturbinen (die nur eine Verbrennungszone haben) ist bekannt, dass niederfrequente Pulsationen durch Helmholtzresonatoren gedämpft werden. Die einfachste Bauform eines Helmholtzresonators umfasst ein Resonanzvolumen mit einem Dämpfungsrohr, durch das das Fluid im Inneren des Resonators mit einem abgeschlossenen Raum, für den der Resonator eingesetzt wird, in Kontakt steht. Der Helmholtzresonator ist bei seiner Resonanzfrequenz in der Lage, einen kleinen Schalldruck an der Mündung des Dämpfungsrohrs zu erzeugen. Wenn die Resonanzfrequenz des Resonators mit einer Eigenfrequenz des abge schlossenen Raumes übereinstimmt, deren Mode einen hohen Druckwert an dem Ort aufweist, an dem das Dämpfungsrohr liegt, dann ist der Resonator in der Lage, die akustische Mode zu dämpfen.For conventional Gas turbines (which have only one combustion zone) are known to low-frequency pulsations are dampened by Helmholtz resonators. The simplest design of a Helmholtz resonator also includes a resonance volume a damping tube, through which the fluid inside the resonator with a closed space, for the the resonator is inserted is in contact. The Helmholtz resonator at its resonance frequency is able to produce a small sound pressure at the mouth of the damping tube to create. If the resonance frequency of the resonator with a Natural frequency of the enclosed space coincides, the fashion of which one high pressure value at the location where the damping tube then the resonator is able to switch to acoustic mode dampen.

Der Vorteil eines Helmholtzresonators ist, dass die Querschnittsfläche des Dämpfungsrohrs bedeutend kleiner sein kann als die Randfläche des abgeschlossenen Raumes. Andererseits können Helmholtzresonatoren nur einzelne Moden mit einer Dämpfungseffizienz, die proportional zum Volumen des Resonanzhohlraums ist, dämpfen. Folglich ist der Einsatz von Helmholtzresonatoren in der Regel auf den Niederfrequenzbereich beschränkt, wo die Frequenzverschiebung zwischen den akustischen Moden relativ groß ist (d.h., die Druckmaxima sind voneinander klar getrennt) und das Resonanzvolumen auch relativ groß ist.The advantage of a Helmholtz resonator is that the cross-sectional area of the damping tube can be significantly smaller than the edge area of the enclosed space. On the other hand, you can Helmholtz resonators only single modes with a damping efficiency, damping that is proportional to the volume of the resonance cavity. consequently is the use of Helmholtz resonators usually on the low frequency range limited, where the frequency shift between acoustic modes is relative is great (i.e. the pressure maxima are clearly separated from each other) and the resonance volume is also relatively large.

Als eine Alternative zu Helmholtzresonatoren ist der Einsatz von Viertelwellendämpfern bekannt. Bei solchen Dämpfern werden das Resonanzvolumen und das Dämpfungsrohr eines Helmholtzresonators durch ein einziges Rohr ersetzt.As an alternative to Helmholtz resonators the use of quarter-wave dampers is known. In such dampers become the resonance volume and the damping tube of a Helmholtz resonator replaced by a single tube.

Bei einer Gasturbine, die ein Wiederaufheizverbrennungssystem umfasst, wird eine sekundäre Verbrennungszone realisiert, indem Treibstoff in einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom, der aus den Produkten der primären Verbrennungszone gebildet wird, eingespritzt wird. Folglich läuft die Verbrennung ab, ohne dass eine Flammenstabilisierung nötig ist, und Hochfrequenzpulsationen werden erzeugt. In einem solchen Fall sind klassische Helmholtzresonatoren für den in Frage kommenden Frequenzbereich nicht optimal.In a gas turbine that has a reheat combustion system includes a secondary combustion zone realized by putting fuel in a high speed gas stream, that of the products of the primary Combustion zone is formed, is injected. As a result, it runs Combustion without the need for flame stabilization, and High frequency pulsations are generated. In such a case classic Helmholtz resonators for the frequency range in question are not optimal.

Um das in Raketen- und Flugzeugtriebwerken erzeugte Hochfrequenzrauschen zu dämpfen, werden gewöhnlich Schallauskleidungen verwendet. Eine Auskleidung besteht meist aus einem perforierten Schirm, mit dem die Triebwerkskanäle (zum Beispiel die Gebläsekanäle eines Turbogebläsetriebwerks) ausgekleidet sind. Ein nicht perforierter Schirm ist hinter dem perforierten Schirm angeordnet, und im Allgemeinen ist eine Wabenstruktur zwischen den beiden Schirmen vorgesehen.To that in rocket and aircraft engines Attenuating high-frequency noise generated is usually acoustic linings used. A lining usually consists of a perforated one Screen with which the engine ducts (for example the fan ducts of a Turbofan engine) are lined. A non-perforated screen is behind the perforated screen, and is generally a honeycomb structure provided between the two screens.

Die Aufgabe der Auskleidung besteht darin, eine Wand bereitzustellen, die akustisch nicht voll reflektiert und zum Dämpfen von Pulsationen über einen breiten Frequenzbereich in der Lage ist. Das akustische Verhalten der Auskleidung ist durch ihre Impedanz Z=R+iX gegeben. Dies ist der Quotient aus dem Schalldruck und der Geschwindigkeit des Fluids senkrecht zur Wand, wobei beide in dem Frequenzbereich definiert sind. Der Realteil R der Impedanz ist der Widerstand, der durch dissipative Prozesse gegeben ist, die in den Hohlräumen der Auskleidung ablaufen. Der hauptsächliche dissipative Effekt besteht in der Umwandlung von Schallenergie in eine Ablösung von Wirbeln, die an den Rändern der Perforierungen im Schirm erzeugt, stromab mitgeführt und schließlich durch Turbulenz in Wärme dissipiert werden. Der Imaginärteil X der Impedanz ist die Reaktanz, welche die Trägheit des Fluids darstellt, welches in den Perforierungen und im Hohlraum zwischen den beiden Schirmen unter dem Einfluss des Schallfeldes fluktuiert.The job of lining is there in providing a wall that is not fully acoustically reflective and for steaming from pulsations over is capable of a wide frequency range. The acoustic behavior the lining is given by its impedance Z = R + iX. This is the quotient of the sound pressure and the velocity of the fluid perpendicular to the wall, both of which are defined in the frequency range. The Real part R of the impedance is the resistance caused by dissipative There are processes that take place in the cavities of the lining. The main one Dissipative effect is the conversion of sound energy into a replacement of eddies that are on the edges the perforations in the screen, carried downstream and finally through turbulence in heat be dissipated. The imaginary part X the impedance is the reactance, which represents the inertia of the fluid, which in the perforations and in the cavity between the two Shields fluctuate under the influence of the sound field.

Zur Dämpfung von Moden höherer Ordnung (d.h. für Hochfrequenzanwendungen) sind die Auskleidungen in der Regel so ausgelegt, dass ihr Widerstand R in der Nähe von pc liegt (wobei p die Fluiddichte und c die Schallgeschwindigkeit im Fluid ist) und ihre Reaktanz X nahezu 0 ist. Es sollte verständlich sein, dass die Bedingungen R = ρc und x = 0 der Bedingung der Nachhallfreiheit entsprechen (d.h. der vollständigen Absorption der Schallenergie einer senkrecht einfallenden ebenen Welle).To dampen higher order modes (i.e. for high frequency applications) the linings are usually designed to withstand their resistance R close of pc (where p is the fluid density and c is the speed of sound in the fluid) and their reactance X is almost 0. It should be understandable that the conditions R = ρc and x = 0 meet the condition of freedom from reverberation (i.e. complete absorption the sound energy of a vertically incident plane wave).

Im Gegensatz zur Situation bei einem Helmholtzdämpfer ist die Effizienz der Auskleidung stark von dem Oberflächenanteil abhängig, der von der Auskleidung bedeckt wird. Folglich wurden verschiedene Ausführungen der Auskleidung vorgeschlagen, mit denen das gedämpfte Frequenzband erweitert wurde, indem eine mehrschichtige Auskleidung oder eine ungleichmäßige Verteilung von wabenförmigen Zellen zwischen den beiden Schirmen verwendet wurde. Die Wände des Brenners und der Brennkammer müssen jedoch durch Kaltluft gekühlt werden, die aus dem Kompressor kommt, und die Schallauskleidungen erleichtern dies nicht gerade.In contrast to the situation with one Helmholtz damper the efficiency of the lining is largely dependent on the surface proportion dependent, which is covered by the lining. As a result, were different versions proposed the lining with which the attenuated frequency band was expanded, by adding a multilayer liner or an uneven distribution of honeycomb cells between the two screens. The walls of the And the combustion chamber however cooled by cold air that comes out of the compressor, and the sound linings doesn't exactly make it easier.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, Mittel zur Dämpfung hochfrequenter Pulsationen für ein Gasturbinen-Wiederaufheizsystem bereitzustellen, mit dem sich gute Kühlcharakteristiken erreichen lassen.The present invention provides the task, means of damping high frequency pulsations for to provide a gas turbine reheating system with which good cooling characteristics let achieve.

Dementsprechend stellt die Erfindung ein Wiederaufheizverbrennungssystem für eine Gasturbine bereit, wobei das System Folgendes umfasst: ein Mischungsrohr, das gespeist werden kann durch Produkte einer primären Verbrennungszone der Gas turbine und durch Treibstoff, der mittels einer Düse eingespritzt wird, eine Brennkammer, die durch das Mischungsrohr versorgt wird, und mindestens einen perforierten akustischen Schirm, wobei der oder jeder der akustischen Schirme innerhalb des Mischungsrohres oder der Brennkammer an einer Stelle angebracht ist, wo er einer perforierten Wand des Mischungsrohres oder der Brennkammer gegenüber, jedoch in einem Abstand von ihr steht, so dass die perforierte Wand im Betrieb eine Prallkühlung erfährt, wenn sie durch die Perforationen des akustischen Schirms hindurch Luft in das Verbrennungssystem hinein strömen lässt, und der akustische Schirm die akustischen Pulsationen im Mischungsrohr sowie in der Brennkammer dämpft.Accordingly, the invention provides a reheat combustion system for a gas turbine, wherein the system includes: a mixing tube that is fed can be a primary through products Combustion zone of the gas turbine and by means of fuel injected into a nozzle a combustion chamber that is supplied by the mixing tube, and at least one perforated acoustic screen, the or each of the acoustic screens within the mixing tube or the combustion chamber is attached at a location where it is one perforated wall of the mixing tube or the combustion chamber opposite, however stands at a distance from it, so that the perforated wall in the Operation an impingement cooling learns when air through the perforations of the acoustic screen flows into the combustion system, and the acoustic screen the acoustic pulsations in the mixing tube and in the combustion chamber attenuates.

Eine Frontplatte der Brennkammer kann als eine solche perforierte Wand dienen, und das System kann mit einem akustischen Schirm ausgestattet sein, welcher der Frontplatte gegenüber steht. In einem solchen Falle können sowohl die Brennkammer als auch das Mischungsrohr allgemein zylindrisch und koaxial zueinander angeordnet sein, wobei das Mischungsrohr teilweise in die Brennkammer hineinragt und in seinem Endabschnitt von dem akustischen Schirm, welcher der Frontplatte gegenüber steht, umfasst wird, wobei die Anordnung derart ist, dass von dem akustischen Schirm, welcher der Frontplatte gegenüber steht, der Frontplatte, dem Mischungsrohr und einer zylindrischen Wand der Brennkammer gemeinsam ein im Wesentlichen ringförmiger Hohlraum dazwischen festgelegt wird.A front panel of the combustion chamber can serve as such a perforated wall and the system can be equipped with an acoustic screen, which is the front panel across from stands. In such a case, you can both the combustion chamber and the mixing tube are generally cylindrical and be arranged coaxially to one another, the mixing tube partially protrudes into the combustion chamber and in its end portion of the acoustic screen, which faces the front panel, is included, the arrangement being such that from the acoustic Screen, which faces the front panel, the front panel, the mixing tube and a cylindrical wall of the combustion chamber together an essentially ring-shaped one Cavity is set in between.

Alternativ kann eine Frontplatte der Brennkammer als ein solcher akustischer Schirm dienen, und das System kann mit einer perforierten Wand ausgestattet sein, welche der Frontplatte gegenüber steht.Alternatively, a front panel the combustion chamber serve as such an acoustic screen, and that System can be equipped with a perforated wall, which faces the front panel.

Eine Wand des Mischungsrohrs kann als eine solche perforierte Wand dienen, und das System kann mit einem akustischen Schirm ausgestattet sein, welcher dem Mischungsrohr gegenüber steht.One wall of the mixing tube can serve as such a perforated wall, and the system can with be equipped with an acoustic screen attached to the mixing tube across from stands.

Eine Wand des Mischungsrohrs kann als ein solcher akustischer Schirm dienen, und das System kann mit einer perforierten Wand ausgestattet sein, welche dem Mischungsrohr gegenüber steht.One wall of the mixing tube can serve as such an acoustic screen, and the system can with a perforated wall, which is the mixing tube across from stands.

Eine Außenwand der Brennkammer kann als ein solcher akustischer Schirm dienen, und das System kann mit einer perforierten Wand ausgestattet sein, welcher der Außenwand der Brennkammer gegenüber steht.An outer wall of the combustion chamber can serve as such an acoustic screen, and the system can with a perforated wall, which is the outer wall facing the combustion chamber stands.

Eine Außenwand der Brennkammer kann als eine solche perforierte Wand dienen, und das System kann mit einem akustischen Schirm ausgestattet sein, welcher der Außenwand der Brennkammer gegenüber steht.An outer wall of the combustion chamber can serve as such a perforated wall, and the system can with be equipped with an acoustic screen covering the outer wall facing the combustion chamber stands.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung stellt eine Gasturbine bereit, die eine Wiederaufheizverbrennung umfasst, wie oben dargelegt wurde.Another embodiment of the invention provides a gas turbine ready that includes reheat combustion, as stated above.

Demzufolge sind die Ausführungsformen der Erfindung in der Lage, hochfrequente Pulsationen zu dämpfen. Die von der Erfindung bereitgestellten akustischen Schirme haben eine gewisse Ähnlichkeit mit den Auskleidungen, bringen aber im Wiederaufheizverbrennungssystem wesentliche Vorteile mit sich.Accordingly, the embodiments are the invention is able to dampen high-frequency pulsations. The Acoustic screens provided by the invention have a certain resemblance to the linings, but bring in the reheat combustion system significant advantages with it.

Wie schon bei den Verkleidungen wird auch bei, den erfindungsgemäßen akustischen Schirmen die Nachhallfreiheit angestrebt, um die gesamte Schallenergie einer senkrecht einfallenden ebenen Welle zu absorbieren. Im Gegensatz zu einer Verkleidung ermöglicht die Erfindung jedoch das Aufrechterhalten einer "Grundströmung", was ein Kühlen mit Hilfe von Kaltluft ermöglicht, die vom Kompressor kommt.As is already the case with the cladding also with the acoustic according to the invention Shield the reverberation aiming for the total sound energy absorb a vertically incident plane wave. In contrast to a panel however, the invention maintains a "base flow", which is cooling using cold air allows that comes from the compressor.

In einer Auskleidung ist der Widerstand R nicht linear, da er von der Mitführung und der Dissipation von akustisch erzeugten Wirbeln durch das Schallfeld selbst abhängt. Das Einstellen von R ist schwierig, da der Widerstand vom Schalldruck vor der Wand (der eine Funktion des einwirkenden R ist) abhängt. Wenn eine Grundströmung durch die Schirmperforationen aufrechterhalten wird, dann gibt es einen linearen Beitrag zu R von der Wirbelmitführung durch die Grundströmung. Der lineare Effekt überwiegt den nicht linearen, wenn die Geschwindigkeit der Grundströmung größer ist als die Schallgeschwindigkeit in der Perforation. In diesem Falle hängt R nur von der Frequenz ab und lässt sich einstellen, indem unabhängig vom Schallfeld auf die Geschwindigkeit der Grundströmung und die Porosität des Schirms Einfluss genommen wird.In a lining is the resistance R is not linear since it depends on the carrying and dissipation of acoustically generated vortices depends on the sound field itself. The Adjusting R is difficult because of the resistance from sound pressure in front of the wall (which is a function of the acting R). If a basic flow is maintained by the screen perforations, then there is a linear contribution to R from entrainment through the basic flow. The linear effect outweighs the non-linear if the velocity of the basic flow is greater than the speed of sound in the perforation. In this case, R just hangs from the frequency and lets adjust by independently from the sound field to the speed of the basic flow and the porosity of the Umbrella is influenced.

Der akustische Schirm, der einen Teil der Erfindung bildet, erlaubt das Stattfinden einer Prallkühlung, indem der Hohlraum zwischen der perforierten Wand und dem akustischen Schirm verwendet wird (d.h. durch Einstellen der Reaktanz X auf 0 in Abhängigkeit von der zu dämpfenden Frequenz). Es ist zudem so, dass der Druckabfall zwischen der perforierten Wand und dem akustischen Schirm aufgeteilt sein kann. Das ist von Bedeutung, weil bei einem großen Druckabfall die Strahlgeschwindigkeit und die Dissipation beide auch groß sind, wodurch sich der akustische Widerstand einer akustisch vo11 reflektierenden Wand (d.h. ohne Dämpfung) ergibt.The acoustic screen that one Forming part of the invention allows impingement cooling to take place by the cavity between the perforated wall and the acoustic Screen is used (i.e. by setting the reactance X to 0 depending from the one to be damped Frequency). It is also the case that the pressure drop between the perforated Wall and the acoustic screen can be divided. This is from Meaning because at a big Pressure drop the jet velocity and the dissipation both are also great whereby the acoustic resistance of an acoustically vo11 reflecting Wall (i.e. without cushioning) results.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun in Form von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:Embodiments of the invention will now be given in the form of examples with reference to the beige added drawings, of which:

1 ein Wiederaufheizverbrennungssystem zeigt, das gemäß der Erfindung eine Prallkühlung und einen akustischen Schirm umfasst, welcher der Frontplatte des Brenners zugeordnet ist; 1 shows a reheat combustion system comprising, according to the invention, impingement cooling and an acoustic screen associated with the front panel of the burner;

2 ein erfindungsgemäßes Wiederaufheizverbrennungssystem mit Prallkühlung und einem akustischen Schirm zeigt, welcher dem Brennermischungsrohr zugeordnet ist; 2 shows a re-heating combustion system according to the invention with impingement cooling and an acoustic screen which is assigned to the burner mixing tube;

3 ein erfindungsgemäßes Wiederaufheizverbrennungssystem mit Prallkühlung und einem akustischen Schirm zeigt, welcher der Brennkammerauskleidung zugeordnet ist; 3 shows a re-heating combustion system according to the invention with impingement cooling and an acoustic screen which is assigned to the combustion chamber lining;

4a den Betrag des Reflexionskoeffizienten des akustischen Schirms für eine Membran mit der Geschwindigkeit 2,5% und ohne eine Grundströmungsgeschwindigkeit durch die Löcher zeigt; 4a the amount of the reflection coefficient of the acoustic screen for a membrane with the velocity 2 . 5 % and without a base flow rate through the holes;

4b die Phase des Reflexionskoeffizienten des akustischen Schirms für eine Membran mit der Ge schwindigkeit 2,5% und ohne eine Grundströmungsgeschwindigkeit durch die Löcher zeigt; 4b the phase of the reflection coefficient of the acoustic screen for a membrane with the speed 2 , 5% and without a base flow rate through the holes;

5a den Betrag des Reflexionskoeffizienten des akustischen Schirms für eine Membran mit der Geschwindigkeit 2,5% und mit einer Grundströmungsgeschwindigkeit von 8 m/s durch die Löcher zeigt; und 5a the amount of the reflection coefficient of the acoustic screen for a membrane with the velocity 2 . 5 % and at a base flow rate of 8 m / s through the holes; and

5b die Phase des Reflexionskoeffizienten des akustischen Schirms für eine Membran mit der Geschwindigkeit 2,5% und mit einer Grundströmungsgeschwindigkeit von 8 m/s durch die Löcher zeigt. 5b the phase of the reflection coefficient of the acoustic screen for a membrane with the velocity 2 . 5 % and with a basic flow velocity of 8 m / s through the holes.

Die Figuren sind schematisch, und nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente sind dargestellt. Insbesondere zeigen die Figuren nicht die Hoch- und Tiefdruckturbinen (die stromauf vom Brenner bzw. stromab von der Brennkammer angeordnet sind), das primäre Verbrennungssystem oder den Kompressor. Diese Bestandteile sollten für die betreffenden Fachleute leicht zu verstehen und können herkömmlich sein.The figures are schematic, and only for that understanding Elements of the invention are shown. In particular the figures do not show the high and low pressure turbines (which are upstream from the Burner or downstream of the combustion chamber), the primary combustion system or the compressor. These ingredients should work for the professionals concerned easy to understand and can conventional his.

1 zeigt einen Brenner 1, der mit einem vorgemischten Strom von Reaktanten versorgt wird, welcher durch Mischen des in den Brenner 1 eintretenden heißen Sauerstoffstroms (d.h. der Produkte der Primärverbrennung) mit dem durch die Düse 2 eingespritzten Treibstoffs erhalten wird. 1 shows a burner 1 which is supplied with a premixed stream of reactants which is obtained by mixing the into the burner 1 entering hot oxygen flow (ie the products of primary combustion) with that through the nozzle 2 injected fuel is obtained.

Das Gemisch gelangt in die Brennkammer 3, wo die Verbrennung stattfindet. Die Wände des Brenners 1 sind perforiert und werden durch Luft gekühlt, die aus dem Behälter 4 zuströmt. Dafür verfügt das Brennermischungsrohr 15 über Perforationsreihen 5, welche die Luftströme 5a einlassen. Diese dienen zur Kühlung des Mischungsrohrs 15 vermittels Effusion. Die axial anschließende Frontplatte 17 der Brennkammer 3 ist mit Öffnungen 7a ausgestattet, die einen Luftstrom 7 einlassen, der die Frontplatte 17 durch Prallkühlung kühlt.The mixture enters the combustion chamber 3 where the combustion takes place. The walls of the burner 1 are perforated and are cooled by air coming out of the container 4 flows in. For this, the burner mixing pipe has 15 over rows of perforations 5 which the air flows 5a let in. These are used to cool the mixing tube 15 by means of effusion. The axially connecting front panel 17 the combustion chamber 3 is with openings 7a equipped that have an air flow 7 let in the the front panel 17 cools by impingement cooling.

Im Inneren der Brennkammer 3 in einem Bereich, der axial an die Brennerfrontplatte 17 anschließt, ist ein ringförmiger Schirm 16 vorgesehen, der parallel zur Brennerfrontplatte 17 steht und von ihr durch einen kleinen axialen Abstand getrennt ist. Das Mischungsrohr 15 ragt in die Brennkammer 3 hinein, so dass es an demselben axialen Ort endet wie der akustische Schirm 16, wodurch zwischen der Brennerfrontplatte 17 und dem Schirm 16 ein ringförmiger Hohlraum gebildet wird.Inside the combustion chamber 3 in an area axially to the burner faceplate 17 is an annular screen 16 provided parallel to the burner front plate 17 stands and is separated from it by a small axial distance. The mixing tube 15 protrudes into the combustion chamber 3 so that it ends in the same axial location as the acoustic screen 16 , causing between the burner faceplate 17 and the umbrella 16 an annular cavity is formed.

Der akustische Schirm 16 ist mit einer weiteren Reihe von Öffnungen 6 versehen, und diese lassen den Strom 7a als Strom 6a in die Brennkammer 3 ein.The acoustic screen 16 is with another row of openings 6 provided, and these leave the current 7a as electricity 6a into the combustion chamber 3 on.

Die Porosität des Schirms ist derart., dass der in die Brennkammer 3 eingeleitete Strom 6a eine akustische Dämpfung gewährleistet, weil er eine Grundströmungsgeschwindigkeit aufweist, mit der die Bedingung R = ρc erfüllt werden kann. Der ringförmige Hohlraum ist so konfiguriert, dass die Reaktanz 0 oder nahezu 0 ist.The porosity of the screen is such that it is in the combustion chamber 3 initiated current 6a guarantees acoustic damping because it has a basic flow velocity with which the condition R = ρc can be met. The annular cavity is configured so that the reactance is zero or near zero.

Akustische Schirme können alternativ oder zusätzlich an anderen Stellen des Brenners 1 angeordnet werden. 2 zeigt z.B. eine weitere Ausführungsform, in der das Mischungsrohr 15 mit einem zylindrischen koaxialen Schirm 18, der eine Reihe von Perforationen 8 aufweist, ausgestattet ist. Der Fluidstrom 5 aus dem Behälter 4 gewährleistet eine Prallkühlung am Mischungsrohr 15, und er gelangt nach dem Durchströmen des zylindrischen Hohlraums, der zwischen dem Schirm 18 und dem Mischungsrohr 15 gebildet wird, als Strom 8a durch die Perforationen 8 hindurch in den Kernbereich des Mischungsrohrs, um dort eine Dämpfung der sich im Brenner 1 fortpflanzenden Schallwellen zu bewirken. In dieser Ausführungsform wird der Strom 7 durch die Frontplatte der Brennkammer 3 zur Effusionskühlung verwendet.Acoustic screens can alternatively or additionally at other points of the burner 1 to be ordered. 2 shows for example another embodiment in which the mixing tube 15 with a cylindrical coaxial screen 18 that has a series of perforations 8th has, is equipped. The fluid flow 5 from the container 4 ensures impingement cooling on the mixing tube 15 , and it arrives after flowing through the cylindrical cavity between the screen 18 and the mixing tube 15 is formed as electricity 8a through the perforations 8th through into the core area of the mixing tube in order to dampen the burner 1 to cause propagating sound waves. In this embodiment, the current 7 through the front plate of the combustion chamber 3 used for effusion cooling.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Ströme 5a und 6a durch das Mischungsrohr 15 bzw. die Frontplatte des Brenners 16 eine Effusionskühlung bewirken. In diesem Falle ist die Wand der Brennkammer 3 durch Öffnungen 10 perforiert und wird von einer zylindrischen koaxialen Hülle 1a mit geschlossenen Endwänden umgeben, so dass ein zylindrischer Hohlraum um die Außenseite der Wand der Brennkammer 3 herum gebildet wird. Die ringförmige Hülle 19 wird durch die Perforationen 9 perforiert. 3 shows a further embodiment in which the currents 5a and 6a through the mixing tube 15 or the front plate of the burner 16 effect an effusion cooling. In this case the wall is the combustion chamber 3 through openings 10 perforated and is of a cylindrical coaxial envelope 1a surrounded with closed end walls, so that a cylindrical cavity around the outside of the wall of the combustion chamber 3 is formed around. The ring-shaped shell 19 is through the perforations 9 perforated.

Der Effekt dieser Anordnung ist, dass das Fluid aus dem Behälter 4 durch die Perforationen 9 als Strom 9a einströmen kann. Der Strom 9a verursacht die Prallkühlung. Das Fluid wird dann durch die Perforationen 10 in der Wand der Kammern in die Brennkammer 3 eingelassen, um die akustische Dämpfung zu bewirken. Der Effekt ist folglich wie in den vorigen Ausführungsformen der eines akustischen Schirms.The effect of this arrangement is that the fluid comes out of the container 4 through the perforations 9 as electricity 9a can flow in. The current 9a causes impingement cooling. The fluid is then through the perforations 10 in the wall of the chambers into the combustion chamber 3 recessed to effect the acoustic damping. The effect is therefore that of an acoustic screen, as in the previous embodiments.

Jede der vorigen Ausführungsformen ließe sich zwar so auffassen; als sei der akustische Schirm entweder innerhalb oder außerhalb zum herkömmlichen Brenner 1 angeordnet In der Praxis jedoch ist es weitgehend irrelevant, von welcher Annahme ausgegangen wird.Each of the previous embodiments could be understood as such; as if the acoustic screen was either inside or outside the conventional burner 1 arranged In practice, however, it is largely irrelevant from which assumption is gone.

Entscheidend ist, dass es eine Zweischichtstruktur mit einem eingeschlossenen Hohlraum gibt.What is crucial is that it is a two-layer structure with an enclosed cavity there.

Die Schirme wurden mit Hilfe eines nummerischen Modells ausgelegt, und die 4 und 5 zeigen einen Vergleich zwischen nummerischer Vorhersage und experimentellen Ergebnissen für Ausführungsformen der perforierten Schirme. Die Ergebnisse zeigen den Betrag und die Phase des Reflexionskoeffizienten r = (Z + ρc)/(Z – ρc). Die 4 und 5 veranschaulichen den Reflexionskoeffizienten für denselben Schirm mit bzw. ohne Grundströmung (und folglich mit nicht linearer bzw. linearer Dämpfung). Die Grundströmung erlaubt nicht nur das Einstellen der Resonanzfrequenz, sondern führt auch zu einer größeren akustischen Dämpfung.The screens were designed using a numerical model, and the 4 and 5 show a comparison between numerical prediction and experimental results for embodiments of the perforated screens. The results show the amount and phase of the reflection coefficient r = (Z + ρc) / (Z - ρc). The 4 and 5 illustrate the reflection coefficient for the same screen with or without basic flow (and consequently with non-linear or linear attenuation). The basic flow not only allows the resonance frequency to be set, but also leads to greater acoustic damping.

Das Betragsdiagramm zeigt das Absorptionsmaximum bei der Resonanzfrequenz, die durch einen typischen Phasensprung gekennzeichnet ist. Sowohl Betrag als auch Phase zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Vorhersage und Experiment und weisen so die Wirksamkeit der Ausführungsformen nach.The amount diagram shows the absorption maximum at the resonance frequency caused by a typical phase shift is marked. Both the amount and the phase show good agreement between prediction and experiment and thus demonstrate effectiveness of the embodiments to.

Viele weitere Abänderungen und Modifikationen liegen für Fachleute auf diesem Gebiet mit Bezug auf die vorstehenden illustrierenden Ausführungsformen nahe, die lediglich als Beispiele dienen sollen und mit denen keine Einschränkung des Geltungsbereichs der sich aus den beigefügten Ansprüchen ergebenden Erfindung beabsichtigt ist.Many other changes and modifications lie for Those skilled in the art with reference to the above illustrative embodiments close, which should only serve as examples and with which none restriction within the scope of the invention that results from the appended claims is.

Claims (9)

Wiederaufheizverbrennungssystem für eine Gasturbine, wobei das System Folgendes umfasst: ein Mischungsrohr, das gespeist werden kann durch Produkte einer primären Verbrennungszone der Gasturbine und durch Treibstoff, der mittels einer Düse eingespritzt wird, eine Brennkammer, die durch das Mischungsrohr versorgt wird und mindestens einen perforierten akustischen Schirm, wobei der eine oder jeder der akustischen Schirme im Inneren des Mischungsrohres oder der Brennkammer an einer Stelle angebracht ist, wo er einer perforierten Wand des Mischungsrohres oder der Brennkammer gegenüber, jedoch in einem Abstand von ihr steht, so dass die perforierte Wand im Betrieb eine Prallkühlung erfährt, wenn sie durch die Perforationen des akustischen Schirms hindurch Luft in das Verbrennungssystem hinein strömen lässt, und der akustische Schirm die akustischen Pulsationen im Mischungsrohr sowie in der Brennkammer dämpft.Reheat combustion system for a gas turbine, the System includes: a mixing tube that will be fed can be a primary through products Combustion zone of the gas turbine and by fuel, which means injected into a nozzle becomes, a combustion chamber supplied through the mixing tube will and at least one perforated acoustic screen, wherein the one or each of the acoustic screens inside the mixing tube or the combustion chamber is attached at a location where it is perforated Wall of the mixing tube or the combustion chamber opposite, however stands at a distance from it, so that the perforated wall in the Operation an impingement cooling learns when they pass through the perforations of the acoustic screen Air flows into the combustion system, and the acoustic screen the acoustic pulsations in the mixing tube and in the combustion chamber attenuates. Wiederaufheizverbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Frontplatte der Brennkammer eine solche perforierte Wand bildet und das System mit einem solchen akustischen Schirm ausgestattet ist, welcher der Frontplatte gegenüber steht.The reheat combustion system of claim 1, wherein one Front plate of the combustion chamber forms such a perforated wall and the system is equipped with such an acoustic screen, which is opposite the front panel stands. Wiederaufheizverbrennungssystem nach Anspruch 2, wobei die Brennkammer und das Mischungsrohr beide allgemein zylindrisch und zueinander koaxial sind, das Mischungsrohr teilweise in die Brennkammer hinein ragt und in seinem Endabschnitt von dem akustischen Schirm, welcher der Frontplatte gegenüber steht, umfasst wird, wobei die Anordnung derart ist, dass der akustische Schirm, welcher der Frontplatte gegenüber steht, die Frontplatte, das Mischungsrohr und eine zylindrische Wand der Brennkammer gemeinsam einen im Wesentlichen ringförmigen Hohlraum festlegen.The reheat combustion system of claim 2, wherein the combustion chamber and the mixing tube both generally cylindrical and to each other are coaxial, the mixing tube partially into the combustion chamber protrudes and in its end section from the acoustic screen, which opposite the front panel stands, is included, the arrangement being such that the acoustic Screen, which faces the front panel, the front panel, the mixing tube and a cylindrical wall of the combustion chamber together an essentially ring-shaped one Define cavity. Wiederaufheizverbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Frontplatte der Brennkammer einen solchen akustischen Schirm bildet und das System mit einer perforierten Wand ausgestattet ist, welche der Frontplatte gegenüber steht.The reheat combustion system of claim 1, wherein one Front panel of the combustion chamber forms such an acoustic screen and the system is equipped with a perforated wall, which opposite the front panel stands. Wiederaufheizverbrennungssystem nach einem der. vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wand des Mischungsrohres eine solche perforierte Wand bildet und das System mit einem akustischen Schirm ausgestattet ist, welcher dem Mischungsrohr gegenüber steht.Reheat combustion system according to one of the. previous Expectations, one wall of the mixing tube being such a perforated wall forms and the system is equipped with an acoustic screen which is opposite the mixing tube. Wiederaufheizverbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Wand des Mischungsrohres einen solchen akustischen Schirm bildet und das System mit einer perforierten Wand ausgestattet ist, welche dem Mischungsrohr gegenüber steht.Reheat combustion system according to one of claims 1 to 4, one wall of the mixing tube having such an acoustic The screen forms and the system is equipped with a perforated wall which is opposite the mixing tube. Wiederaufheizverbrennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Außenwand der Brennkammer einen solchen akustischen Schirm bildet und das System mit einer perforierten Wand ausgestattet ist, welche der Außenwand der Brennkammer gegenüber steht.Reheat combustion system according to one of the preceding Expectations, being an outer wall the combustion chamber forms such an acoustic screen and that System is equipped with a perforated wall, which is the outer wall facing the combustion chamber stands. Wiederaufheizverbrennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Außenwand der Brennkammer eine solche perforierte Wand bildet und das System mit einem akustischen Schirm ausgestattet ist, welcher der Außenwand der Brennkammer gegenüber steht.Reheat combustion system according to one of claims 1 to 6, with an outer wall of the Combustion chamber forms such a perforated wall and the system with it an acoustic screen, which is the outer wall facing the combustion chamber stands. Gasturbine, die ein Wiederaufheizverbrennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.Gas turbine which is a reheat combustion system after a of the preceding claims includes.
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